Устройство для защиты трехфазной электроустановки от аварийных режимов Советский патент 1988 года по МПК H02H3/08 

СО

со

«35

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электроустановок с трехфазным напряжением питания от аварийных режимов, характеризующихся повы- ше нием их тока, например от дуговых замыканий пли от металлических коротких замыканий в шахтных электрических сетях.

Цел ью изобретения является упрощение, а также повышение надежности путем выявления процесса нарастания амплитуды периодического сигнала.

На фиг. 1 изображена схема устрой ства; на фиг. 2 - схема фазосравни- вающего блока; на фиг. 3 - диаграммы напряжений фазосравнивающего блока; на фиг. 4 - диаграммы фазньсс токов трехфазной сети и напряжений в блока предлагаемого устройства в процессе возникновения короткого замыкания; на фиг. 5 - диаграммы напряжений фазосравнивающего блока при различной интенсивности повышения фазных токов сети.

Устройство содержит три датчика 1 - 3 тока, включенные в соответствующие фазы трезфазной сети, три фа- зосравнйвающих блока 4-6, выходы которых через элемент ШШ 7 подключены к исполнительному элементу 8 за:щитного отключения электроустановки. Выходы датчиков 1 - 3 тока первой - третьей фаз подключены к первым входам соответственно- первого - третьего фазосравнивающих блоков 4 - 6 и к вторым входам соответственно третьего 6, первого 4 и второго 5 фазосравнивающих блоков. Устройство снабжено блоком 9 задания уставки, который подключен к третьим входам фазосравнивающих блоков 4-6.

Каждьм фазосравнивающий блок содержит два измерительных канала 10 и 11, выходы которых через элемент ИЛИ 12 подключены к входу формирователя 13 пилообразного напряжения. Выход последнего соединен с неинвертирующим входом.компаратора 14, выхо которого является выхрдом фазосравнивающего блока, а инвертирующий вход третьим входом фазосравнивающего блока. Измерительные каналы 10, 11 содержат по одному логическому элементу И соответственно 15 и 16 и по два компаратора соответственно 17, 18 и 19, 20. Компараторы 17 и 19 включены по схеме нуль-органа, т.е. одним

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

из своих входов компаратор 17 - инвертирующим и компаратор 19 - неинвертирующим подключены к общему выводу устройства. Выходы компараторов 17, 18 и 19, 20 подключены к входам логических элементов И соответственно 15 и 16. Выходы элементов И 15 и 16 являются выходами измерительных каналов соответственно 10 и 11. В первом измерительном канале 10 неинвертирующий вход второго компаратора 17 соединен инвертирующим входом третьего компаратора 18 и подключен к первому входу фазосра внивающего блока, к второму входу которого подключен неинвертирующий вход третьего компаратора 18. Во втором измерительном канале 11 инвертирующий вход четвертого компаратора 19 соединен с неинвертирующим входом пятого компаратора 20 и подключен к первому входу фазосравнивающего блока, к второму входу которого подключен инвертирующий вход пятого компаратора 20.

В качестве датчика тока может быть использован трансформатор тока, нагруженный резистором. При этом один из выводов трансформатора тока предназначен для подключения к соответствующим фазосравни вающим блокам, а второй - для подключения к общему выводу устройства.

Устройство работает следующим образом.

Электроустановка питается трехфазной системой токов, в которой ток первой фазы (фазы А) является опережающим по отрошению к току второй фазы (фазы В), а последний - опережающим по отношению к току третьей фазы (фазы С). Эти токи преобразуются датчика тока соответственно 1 - 3 в пропорциональные напряжения и подаются на входы фазосравнивающих блоков 4-6. Действие каждого из этих блоков заключается в следующем. Напряжение, пропорциональное току опережающей фазы (например, фазы А), подается с выхода датчика 1 тока этой фазы на первый вход фазосравнивающего блока 4. На второй вход этого блока подается напряжение, пропорциональное току отстающей фазы (например, фазы В), с выхода датчика 2 тока этой фазы; И этом фазосравнивающем блоке напряжение, пропорциональное току опережающей фазы, подается на неинвертирующий вход компаратора - нульоргана 17 и на инвертирующий вход компаратора 19. Поэтому с выходов этих компараторов 17 и 19 снимаются прямоугольнйе импульсы 17 и 19, сов- падающие соответственно с положительными и отрицательными полуволнами тока опережающей фазы (Тд)- Напряжения , пропорциональные току опережающей фазы, подаются на инвертирующий вход компаратора 18 и на неинвертирующий вход компаратора 20. На инвертирующий вход компаратора 20 и на неинвертирующий вход компаратора 18 подаются напряжения, пропорциональ-

ные току отстающей фазы (Ig). Поэтому с выхода компаратора 18 снимаются прямоугольные импульсы U , совпадающие по фазе с участками синусоиды тока отстающей , превышающими мгно венные значения тока опережающей фазы. С выхода компаратора 20 снимаются импульсы Ujo совпадающие по фазе с участками -синусоиды тока опережающей фазы, превышакмцими мгновенные значения тока отстающей фазы.

С выходов компараторов 17 и 18 импульсы и , и V подаются на входы логического элемента И 15. С выхода последнего снимается импульс 15, пе- редний фронт которого совпадает с моментом равенства мгновенных значений токов опережающей и отстанщей фаз (I I, и Ij) в области положительных полуволн. Задний фронт импульса U совпадает с точкой пересечения током опережающей фазы (I.) нулевого значения при убывании.

С выходов .компараторов 19 и 20 импульсы и ,д и и 0 подаются на входы логического элемента И 16, с выхода последнего снимается импульс , , передний фронт которого совпадает с моментом равенства мгновенных значений токов опережающей и отстающей фаз (1д и Ig) в области отрицательных полуволн. Задний фронт импульса и ( совпадет с точкой пересечения током опережающей фазы (,() нулевого значения при возрастании.

Импульсы и j i подаются через элемент ИЛИ (U ) на вход формирователя 13 пилообразного напряжения, с выхода которого снимаются пилообразные импульсы и . Их амплитуда зависит от длительности входных импульсов и ,5 и . Пилообразные импульсы подаются на неинвертирующий вход компаратора 14. На инвертирующий вход

последнего с выхода блока 9 уставют подается напряжение уставки U,. При превышении импульсом U, величины напряжения уставки U. с выхода компаратора 14 снимается импульс U ,, , . который воздействует на элемент 8 защитного отключения электроустановки.

Аналогично контролируется состояние токов второй В и третьей С фаз (посредством датчиков 2, 3 тока и фа зосравнивающего блока 5), а также третьей С и первой А фаз (посредство датчиков 3, 1 тока и фаз осравнивающе го блока 6).

При отсутствии аварийного режима (точки 1, Ig, IP и сигналы 11,, ,и,,,, 1S i 11, i 1 фиг. 3 обозначены пунктирными линиями) значения токов всех фаз питающей сети одинаковы. Интервалы между точками пересечения мгновенных значений фазных токов одинаковы, и длительность импульсов U ,5 ii 1 составляет 30 эл. град. Амплитуда импульса и не достигает значения напряжения уставки U, и на выходе компаратора 14 импульс аварийного отключения электроустановки (и ,) отсутствует. Для упрощения на фиг. 3,5 изображены диаграммы напряжений одного из трех фазосравниваю- щих блоков, а именно блока 4, который контролирует состояние токов фаз А и В обеих полярностей.

В случае нарастания тока в сети амплитуды токов последующих (отстающих) фаз в течение некоторого времени превосходят значения амплитуд предьщущих (опережающих) фаз. При этом момент пересечения мгновенных значений токов фаз (например, А и В) удаляется от точки последующего пересечения током опережающей фазы из этой пары фазных токов нулевого значения. Длительность импульсов U j- (и .,(.), U.JJ возрастает, что ведет к повышению амплитуды импульса U j-j. При достижении последним значения напряжения уставки U срабатывает компаратор 14 и на его выходе формируется сигнал и f защитного отключения электроустановки.

При возникновении лугового или металлического короткого замыкания имеют место периодические i.;, и апериодические i д составляющие тока замыкания i . Последние приводят к броску амплитуд токов, в течение которого (в интервале времени на

фиг.4) в различных фазах сети соотношение фазных токов таково, что абсолютные значения амплитуд токов отстающих фаз превышают значение ампли- туд токов опережающих фаз. Поэтому точки пересе-чения токов отстающей и опережающей фазы (моменты времени 3) удаляются влево от моментов последующего пересечения нулевого ю значения токами соответствующих опережающих фаз. В результате увеличи- . вается длительность импульсов и, , и g ,и ,j ,и j, что приводит к повышению амплитуды пилообразных импульсов и, в фазосравнивающих блоках 4-6. В моменты превьш1ения этими импульсами значения напряжения уставки 9 будут сформированы импульсы и защитного отключения электроустановки 20 в соответству ощих блоках 4 - 6. В данном случае импульс аварийного отключения и, будет сформирован уже в момент времени ,„ (по сигналу , сформированному, начиная с момента 25 времени t,, фиг. 4),

Изменяя значение напряжения уставки и можно сделать защиту нечувствительной к рабочим нарастаниям тока, характеризующимся меньшей интенсив- о ностью (интервал времени i, 2, на фиг. 5), чем в аварийных режимах.

Таким образом, согласно изобретению упрощается устройство защиты, повышается его надежность путем выявления процесса нарастания периодического трехф.азного тока электроустановки, которое сопутствует возникновению ряда аварийных режимов (металлических и дуговых) замыканий, дд перегрузок электродвигателей и др., в результате которых имеет место выход из строя э.пектротехнического и

иного оборудования. Применительно к щахтным электрическим сетям металлические и дуговые замыкания могут также привести к воспламенению и взрыву метановоздушной смеси в атмосфере шахты.

35

45

Фор м у ла изобретения

1. Устройство для защиты трехфазной электроустановки от аварийных режимов , содержащее датчики тока соответствующих фаз, три фазосравнивающих блока, выходы которых через логический элемент ШШ подключены к входу исполнительного элемента защитного

0

5

о

д

5

5

0

5

отключения электроустановки, при этом выходы датчиков тока первой, второй и третьей фаз подключены к первым входам соответственно первого, второго и третьего фазосравнивающих блоков, отличающееся тем, что, с целью упрощения, а также повышения надежности путем выявления процесса нарастания амплитуды периодического сигнала, в него дополнительно введен блок задания уставки, выходы датчиков тока первой, второй и третьей фаз подключены к вторым входам соответственно третьего, первого и второго фазосравнивающих блоков, а выход блока задания уставки соединен с третьими входами всех фазосрав- ниваюш1их блоков.

2. Устройство по п. Г, о т л и- чающееся тем, что каждый фа- Зосравнивающий блок содержит два измерительных канала, выходы которых через логический элемент ИЛИ подключены к входу формирователя пилообразного напряжения, выход последнего соединен с неинвертирующим входом компаратора, вькод которого является выходом фазосравнивающего блока, а инвертирующий вход - с третьим входом фазосравнивающего блока, при этом каждый измерительный канал содержит соответственно первый и второй логические элементы И, соответственно второй и третий, четвертьй и пятый компараторы, второй и четвертый компараторы включены по схеме нуль-органа, выходы второго, третьего, а также четвертого, пятого компараторов динены с входами соответственно первого и второго логических элементов И, вьгкоды которых являются выходами соответственно первого и второго измерительных каналов, в первом измерительном канале неинвертирующий вход второго компаратора соединен р инвертирующим входом третьего компаратора и является первым входом фазосравнивающего блока, вторым входом которого является неинвертирующий вход третьего компаратора, во втором измерительном канале инвертирующий вход четвертого компаратора соединен с неинвертирующим входом пятого компаратора и подключен к первому входу фазосравнивающего блока, к второму входу которого подключен инвертирующий, вход пятого компаратора.

Т

В а

С or

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электроустановок с трех- фазным напряжением питания от аварий- ньк режимов, характеризующихся повышением их рабочего тока, например от возникновения токов дугового или металлического короткого замыкания в шахтных,электросетях. Целью изобретения является упрощение, а также повьппение надежности. Цель достигается тем, что измеряют фазные токи электроустановки и в блоках производят сравнение двух электрических величин. В качестве первой величины используют сигналы, пропорциональные интервалу времени между моментом равенства мгновенных значений каждой пары фазных токов как положительной, так и отрицательной полярности и моментом последующего прохождения нулевого значения током опережающей фазы из этой пары фазных токов, а в качестве второй величины - сигнал, пропорциональный заданному. В случае превышения первой величиной второй величины производят защитное отключение электроустановки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. с S

юf t f

- бу;

(Ptfe. /

Uffy

Фие.З

Фие.г

фие.

ка

Uie (Jn

гЛ

Фиг. 5